基于微控制器8線I/O端口實(shí)現(xiàn)8段條形圖LED顯示設(shè)計(jì)

帶有數(shù)字顯示器的儀器設(shè)計(jì)也許會(huì)受益于一個(gè)提供顯示參數(shù)的模擬版的副顯示器。條形圖顯示器提供了一種很容易解釋的圖形指示器，該指示器允許與它的滿刻度值相比較，但基于微控制器的常規(guī)設(shè)計(jì)要使用至少一個(gè)8線I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)8段條形圖LED顯示器。

作為替代方案，一些微控制器包含PWM（脈寬調(diào)制）輸出。如果使用PWM輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)National Semiconductor公司的LM3914條形圖顯示器驅(qū)動(dòng)電路或等效器件，就能把需要的I/O線路數(shù)量減少至最低程度。在操作中，微控制器的程序調(diào)節(jié)PWM輸出的脈寬，使得輸送給LM3914電路的平均電壓能照明顯示器中必要數(shù)量的條形。

圖1中的設(shè)計(jì)消除了這些方法的缺點(diǎn)，并且只使用一條端口線路來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)8段條形圖。該設(shè)計(jì)不使用PWM輸出，因此能應(yīng)用到任何微控制器。請(qǐng)參考圖2中的時(shí)序示意圖，無(wú)論條形圖顯示器何時(shí)需要更新，微控制器的軟件都通過(guò)它的輸出端口提供一個(gè)脈沖序列。第一個(gè)脈沖的寬度為T1，它比脈沖寬度T2更寬，后者是通過(guò)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)IC1（74123 或等效器件）產(chǎn)生的。把兩個(gè)脈沖施加到IC3（7400或等效NAND門），它和IC1 一起組成一個(gè)長(zhǎng)脈沖檢測(cè)器。利用IC1的數(shù)據(jù)表中的公式來(lái)為C1和R1 選值，它們?yōu)?T2 的輸出脈沖產(chǎn)生約為1.5ms的值。T1和T3 的典型寬度分別是3ms和1ms。

C3的輸出脈沖變低，持續(xù)時(shí)間為T1-T2，并且該脈沖清空IC2（一個(gè)8Bit串入并出移位寄存器），這迫使 IC2 的所有輸出變低，并點(diǎn)亮條形圖陣列（LED1 ~ LED8）的所有段。

為了點(diǎn)亮條形圖陣列的N段，微控制器立即通過(guò)輸出端口線路發(fā)送一個(gè)由（8-N）個(gè)寬度為T3的脈沖組成的串行序列。由于這些脈沖的寬度小于 T2，NAND門IC3的輸出始終保持高電平，因此不清空移位寄存器。微控制器的每個(gè)輸出脈沖的上升沿都把一個(gè)高電平加載到IC2的某個(gè)輸出端。

請(qǐng)注意：移位寄存器IC2的QA輸出連接到條形圖最重要的段。因此，第一個(gè)脈沖關(guān)斷最重要的段。從最重要的段開(kāi)始，對(duì)于（8-N）個(gè)脈沖，8-N個(gè)段關(guān)斷，而由最不重要的段開(kāi)始的N個(gè)段則保持點(diǎn)亮。運(yùn)用這個(gè)反向邏輯，就可利用移位寄存器的輸出端的能力來(lái)使吸收的電流大于它們能供應(yīng)的電流——分別是8mA和0.4mA，因此在不添加輸出緩沖器的前提下產(chǎn)生了更亮的條形圖顯示。圖2顯示了一張樣本時(shí)序示意圖，它點(diǎn)亮了8個(gè)顯示段中的5個(gè)。

如果還有第二條輸出端口線路，則可不使用單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器IC1和NAND門IC3，而是使用第二個(gè)端口，通過(guò)在條形圖需要更新時(shí)輸出零來(lái)清空移位寄存器。為了獲得更好的分辨率，可以串聯(lián)額外的移位寄存器來(lái)向條形圖添加一些段。為了點(diǎn)亮M段長(zhǎng)顯示器的 N 個(gè)段，第一個(gè)輸出端口向移位寄存器的時(shí)鐘輸入發(fā)送 M-N 個(gè)脈沖。

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